اصل مقاله (3243 k)

دوره 48، شماره 4، زمستان 1395، صفحه 423 تا 435Vol. 48, No. 4, Winter 2016, pp. 423-435

نشریه علمی پژوهشی امیرکبیر - مهندسی مکانیکAmirKabir Jounrnal of Science & Research

Mechanical EngineeringASJR-ME

برای ارجاع به این مقاله از عبارت زیر استفاده کنید:Please cite this article using:Rezaei, R., Moslemi Naeini, H., Azizi Tafti, R., Kasaei, M. M., Abbaszadeh, B., and Mohammadi, M., 2017. “An Investigation on Bend Curve in the Transition Zone on Web Warping of Channels with Variable Width in the Flexible Roll Forming Process”. Amirkabir Journal of Mechanical Engineer-ing, 48(4), pp. 423–436.

نویسنده مسئول و عهده دار مکاتبات:

بررسی اثر تغییر منحنی خم در ناحیه انتقال بر عیب تابیدگی کف برای کانال های با سطح مقطع متغیر در فرایند شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر

رضا رضایی1، حسن مسلمی نائینی2*، روح اهلل عزیزی تفتی3، محمدمهدی کسایی4، بهنام عباس زاده4، مهران محمدی4

1- کارشناس ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران2- استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3- استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه یزد، یزد، ایران4- دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

)دریافت: 1394/4/18 پذیرش: 1394/9/30(

شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر، فرایند جدیدی برای تولید پروفیل های با سطح مقطع متغیر است. در مقاله پیش رو، اثر تغییر منحنی خم در ناحیه انتقال بر عیب تابیدگی کف پروفیل مطالعه شده است. از این رو با توجه به شروط مرزی هندسی در ناحیه انتقال، اثر پنج نوع منحنی مختلف سازگار با این شروط در ناحیه انتقال با معادالت دایره ای، چندجمله ای ها تا درجه پنج بر روی این عیب به صورت عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج اجزای محدود نشان داد که هر چه مقدار کرنش متوسط ایجاد شده در لبه بال از کرنش مطلوب کمتر باشد عیب تابیدگی ناحیه کف افزایش خواهد یافت. کمترین مقدار عیب تابیدگی در محصول با منحنی خم چند جمله ای درجه چهار و بیشترین مقدار تابیدگی در محصول با منحنی خم دایره ای در ناحیه انتقال رخ داده است. برای صحت سنجی مدل اجزای محدود، نمونه با منحنی خم دایره ای به صورت تجربی مورد آزمایش قرار گرفته و تاریخچه کرنش و عیب تابیدگی اندازه گیری شد. انطباق خوب نتایج آزمایش تجربی با شبیه سازی اجزای محدود درستی مدل

اجزای محدود مورد استفاده را تأیید کرد.

کلمات کلیدی:

شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر، پروفیل با سطح مقطع متغیر، تابیدگی ناحیه کف پروفیل، تغییر منحنی خم.

چکیده

Email: [email protected]

بررسی‌اثر‌تغییر‌منحنی‌خم‌در‌ناحیه‌انتقال‌بر‌عیب‌تابیدگی‌کف‌برای‌کانال‌های‌با‌سطح‌مقطع‌متغیر‌در‌فرایند‌شکل‌دهی‌غلتکی‌انعطاف‌پذیر

| نشریه علمی پژوهشی امیرکبیر - مهندسی مکانیک، دوره 48، شماره 4، زمستان 4241395

مقدمه-11يكي از مهم ترين چالش هاي قرن حاضر كه توجه بسياري از محققان كرده، حفظ به خود جلب را به ويژه صنعت خودروسازی صنايع مختلف منابع طبيعي و كاهش آلودگي هاي زيست محيطي است. يكي از راه هاي آن، كاهش به دنبال و از وزن خودروها اهداف، كاستن اين به دستيابي مصرف سوخت و آالينده هاي محيطي است. تغيير در هندسه پروفيل های وزن كاهش برای مناسب راه های از يكی آن ها بهينه سازی و قطعات خودروها است. قطعات مهم مانند سپر و ستون كنار درب خودرو را می توان طوری طراحی كرد كه نقاطی كه نيرو و گشتاور خمشی بيشتری را تحمل می كنند دارای سطح مقطع بزرگتری نسبت به نقاط ديگر باشند. بنابراين پروفيل های با سطح مقطع متغير اهميت می يابند. بر اساس بار و گشتاور وارده، سطح مقطع نشان داده شده در شكل 1-الف را به صورت شكل

1-ب می توان كاهش داد و بهينه كرد. و هيدروفرمينگ عميق، كشش پرس كاری، فرايندهای امروزه، مقطع سطح با پروفيل های توليد برای انعطاف پذير غلتكی شكل دهی متغير به كار می روند كه در اين ميان، فرايند شكل دهی غلتكی انعطاف پذير به علت هزينه كم ساخت ابزار و قالب، تيراژ توليد باال و هزينه كم تعمير و نگهداری نسبت به فرايندهای ديگر مقرون به صرفه تر بوده و موردتوجه

بيش تری قرار گرفته است ]3[. DIN8586، شكل دهی غلتكی يک فن آوری استاندارد به با توجه از فلزی ورق نوار آن در كه است غلتک ها دورانی با حركت خم كاری بين غلتک های چند ايستگاه متوالی عبور كرده و محصول هايی با سطح مقطع های مختلف توليد می شوند ) شكل 2( ]4[. ازجمله محصوالت اين فرايند می توان به مصالح ساختمانی فلزی، اجزای ساختمان هواپيما، بدنه خودروها و لوله های نفت اشاره كرد ]5[. برخالف فرايند نورد كه ضخامت را كاهش می دهد، در فرايند شكل دهی غلتكی ضخامت ورق ثابت می ماند

.]4[تنها كه است اين سرد غلتكی محدوديت های شكل دهی از يكی محصول های با سطح مقطع ثابت در طول را می توان با اين فرايند توليد كرد. در سال های اخير، نسل جديدی از اين فرايند به نام شكل دهی غلتكی انعطاف پذير به منظور توليد محصوالتی با مقاطع متغير در طول توسعه داده غلتكی شكل دهی دستگاه يک از نمونه ای 3 شكل در كه است شده انعطاف پذير به صورت طرح واره قابل مشاهده است. در اين دستگاه عالوه )X( حركت دورانی دارند، در راستای اينكه غلتک ها حول محور شان بر محور X حركت خطی و حول محور Y حركت دورانی نيز دارند. كنترل از پروفيل هايی كنترل عددی صورت می گيرد. با سيستم اين حركت ها خانواده پروفيل های نشان داده شده در شكل 4 كه پروفيل های با عرض متغير ناميده می شوند را می توان در فرايند شكل دهی غلتكی انعطاف پذير توليد كرد. ناحيه ای كه تغيير عرض در آن صورت می گيرد ناحيه انتقال

ناميده می شود.يكی از عيوب مهمی كه در پروفيل های با سطح مقطع متغير به دليل

انحراف هندسی بين ورق اوليه و ورق شكل داده شده در ناحيه انتقال رخ می دهد عيب تابيدگی ناحيه كف در ناحيه انتقال است. اگر كرنش ها در بال پروفيل به صورت مناسب ايجاد شود پروفيل مطابق شكل 5-الف سالم توليد خواهد شد و اگر كرنش ها در بال پروفيل به صورت مناسب ايجاد نشود، كف پروفيل مطابق شكل 5-ب دچار فرورفتگی و برآمدگی تابيدگی را فرورفتگی و برآمدگی بين اختالف مقدار بيشترين می شود.

ناحيه كف گويند.

گروچ و همكارانش ]7[ يک ايستگاه شكل دهی انعطاف پذير را روی عددی به صورت آن ها كردند. سوار سنتی غلتكی شكل دهی خط يک مناسب، كيفيت و دقت آوردن به دست برای كه دادند نشان تجربی و حركت های خطی و دورانی غلتک های شكل دهی بايد به گونه ای طراحی

و كنترل شوند كه غلتک ها همواره بر منحنی خم عمود باشند.

بهینه سازی پروفیل: 1شکل

فرایند شکل دهی غلتکی سرد ]4[ : ششکل

رضا رضایی، حسن مسلمی نائینی، روح اهلل عزیزی تفتی، محمدمهدی کسایی، بهنام عباس زاده، مهران محمدی

425 نشریه علمی پژوهشی امیرکبیر - مهندسی مکانیک، دوره 48، شماره 4، زمستان 1395 |

موضعی گرمايش اثر تجربی بررسی به ]8[ همكارانش و الرانژا متغير مقطع سطح با پروفيل كف تابيدگی بر باال استحكام فوالدهای ميزان كمترين با پروفيل توليد برای را بهينه دمای آن ها پرداختند.

تابيدگی كف پيشنهاد دادند.فرايند روی بر تجربی به صورت را مطالعاتی ]9[ همكارانش و اُنا ميزان حركت دريافتند كه و دادند انجام انعطاف پذير شكل دهی غلتكی هم چنين آنها دارد. بستگی توليد خط در ورق تغذيه نرخ به غلتک ها

گزارش دادند كه لبه بال در ناحيه انتقال تحت كشش و فشار قرار می گيرد و در صورت افزايش ارتفاع بال امكان كمانش و اعوجاج لبه بال بيشتر

می شود.برنر و همكارانش ]10[ مطالعات تجربی و عددی را به منظور درک ZStE340 اثر ورق گير بر روی تابيدگی ناحيه كف پروفيل از جنس فوالدناحيه تابيدگی انجام دادند و دريافتند كه استفاده ورق گير باعث كاهش

كف پروفيل می شود.استفاده از ورق گير نيز با معايبی مانند ايجاد خمش بر روی ناحيه كف پروفيل و همچنين محدوديت فضا در قرارگيری ورق گير در بين ايستگاه ها

و افزايش طول خط شكل دهی همراه است ]11[.از ديگر معايب استفاده از ورق گير می توان به پيچيده بودن سازوكار مقرون به صرفه در را قطعات1 توليدكنندگان به طوری كه كرد اشاره آن

بودن استفاده از آن دچار ترديد كرده است ]11[. از موقعيت مطلوب انحراف نام با معرفی كميتی به عباس زاده ]1[ شكل دهی فرايند در غلتک ها پروفيل طراحی برای را روشی بال، لبه غلتكی انعطاف پذير ارائه كرد. او با بررسی های عددی و تجربی دريافت كه افزايش زاويه و قطر غلتک ها عيب انحراف از موقعيت مطلوب لبه را

افزايش می دهد. محمدی ]2[ به صورت عددی و تجربی به بررسی اثر اندازه پهنای بال، زاويه شكل دهی، شعاع ناحيه انتقال و جنس ورق روی عيب تابيدگی كف محصول های عرض متغير پرداخت. او به اين نتيجه رسيد كه افزايش اندازه بال، افزايش زاويه شكل دهی، كاهش شعاع ناحيه انتقال و افزايش

استحكام تسليم عيب تابيدگی را افزايش می دهد.كسايی و همكاران ]12[ به صورت عددی چين خوردگی لبه بال را كرنش از فشاری كرنش طولی كه زمانی كه دريافتند و كردند بررسی رخ چين خوردگی بال لبه در شود بيشتر كمانش برای بحرانی فشاری خواهد داد. آنها به صورت تحليلی كرنش طولی فشاری مطلوب را محاسبه

كردند. پارک و همكارانش ]13[ به صورت عددی و تجربی عيب تابيدگی را مورد بررسی قرار دادند. آنها برای كاهش اين عيب فرايند جديدی به نام شكل دهی مقاومتی افزايشی )ICF( را پيشنهاد دادند. آنها توزيع كرنش ICF طولی در بال پروفيل را با تركيب پارامترهای شكل دهی و پارامترهایافزايش كرنش طولی در قسمت های با آنها فهميدند كه كنترل كردند.

محدب و مقعر می توان عيب تابيدگی را كاهش داد.كرنش و كف تابيدگی پيش بينی برای ]14[ همكارانش و او ژيا ارائه كردند. آن ها طولی در پروفيل با سطح مقطع متغير، مدلی تحليلی و كف تابيدگی بين ارتباط و كرده صرف نظر جنس از مدل، اين در زياد شدن هركدام با به طوری كه را خطی فرض كردند كرنش طولی ديگری كاهش می يافت. آن ها همچنين نتايج تحليل را با نتايج عددی

اعتبارسنجی كردند.

1 Original Equipment Manufacturer (OEM)

طرح واره دستگاه شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر: 3شکل

شکل 4 پروفیل های با سطح مقطع متغیر ]5[: 4شکل

پروفیل )الف( بدون عیب و )ب( با عیب تابیدگی : 5شکل



ژو و همكاران ]15[ به صورت تحليلی و تجربی كرنش طولی را مورد بررسی قرار دادند و دريافتند كه هنگامی كه ارتفاع جانبی بال يا پهنای بال طی فرايند كاهش می يابد زاويه شكل دهی در ايستگاه آخر نيز بايد كاهش افزايش فرايند بال طی پهنای يا بال جانبی ارتفاع كه هنگامی و يابد

می يابد زاويه شكل دهی در ايستگاه اول بايد كاهش يابد. آزمون و محدود اجزای شبيه سازی با ]18[ همكاران و كسايی شكل دهی فرايند در را تغييرشكل مكانيک از جديدی روش تجربی چين خوردگی پيش بينی برای آزمونی و كردند ارائه انعطاف پذير غلتكی

پيشنهاد دادند.در خم منحنی تاكنون كه داد نشان پيشين پژوهش های بررسی گرفته نظر در هم بر مماس دايره ای كمان دو به صورت انتقال ناحيه بر روی كاهش مقدار عيب تغيير شعاع قوس های دايره ای تأثير شده و تابيدگی كف نيز بررسی شده است. از طرفی برای كاهش عيب تابيدگی از روش های گرمايش و نصب ورق گير نيز استفاده شده است كه اين موضوع پرداخت بدون پژوهش اين در توليد می شود. هزينه های افزايش باعث هزينه های اضافی و با طراحی بهتر، عيب تابيدگی كاهش داده شد. برای اين كار بررسی تأثير تغيير منحنی خم روی عيب تابيدگی كف محصول ضروری به نظر می رسد. در اين مقاله، برای طراحی هندسه ناحيه انتقال، چون لبه بال وابسته به منحنی خم است، منحنی های خم مختلف سازگار بر روی عيب تأثير آن ها و انتقال محاسبه شدند ناحيه با شرايط مرزی گرفت قرار بررسی مورد عددی و تجربی صورت دو به كف تابيدگی )شكل 6(. در اين پژوهش همچنين روابطی به دست آمد تا غلتک ها برای شكل دهی صحيح، تحت كنترل دقيق قرار گيرند كه بتوانند هر مسيری از منحنی خم را به صورت دقيق طی كنند. البته اين در صورتی ممكن

می شود كه معادله منحنی خم مشخص باشد.

هندسه1محصول1مورد1مطالعه-21محصول هدف در اين مقاله كانالی U شكل با عرض متغير است كه به دليل تقارن طولی، نيمی از ورق اوليه از پيش بريده شده در شكل 6 نشان داده شده است. در جدول 1 اندازه های ورق اوليه داده شده است.

با توجه به هندسه ناحيه انتقال، شش شرط مرزی شامل مختصات را نقطه عطف در تقعر تغيير و انتها، مختصات و ابتدا نقاط در و شيب می توان در نظر گرفت )رابطه های )1( تا )6(( و معادالت سازگار با اين

شرايط را توسعه داد:

با است. )7( رابطه به صورت دايره ای منحنی خم پارامتری معادله تغيير تقعر معادله قسمت دوم نيز تغيير می كند. معادله قسمت دوم از رابطه )8( به دست می آيد. شش مجهول با استفاده از شرط های مرزی )1( تا )6(

به صورت حل شش معادله و شش مجهول به دست می آيند.

معادله پارامتری منحنی خم با معادله چندجمله ای درجه دو به صورت رابطه )9( است. اين معادله با استفاده از شروط مرزی )1( تا )3( به دست می آ يند. با تغيير تقعر، معادله قسمت دوم تغيير می كند و معادله قسمت دوم

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(()

)mm( اندازه ها پارامترها

250 )LS( طول قسمت باريک

250 )LW( طول قسمت عريض

234/04 )Lt( طول ناحيه انتقال

70 عرض كانال قسمت باريک

)2WS(

140 عرض كانال در قسمت عريض

)2WW(

30 )F( اندازه بال

1 )t( ضخامت

مقدار کمیت های هندسی محصول: 1 دول

مشخصات هندسی ورق از پیش بریده شده : ششکل

(()(8)



از رابطه )10( به دست می آيد. شروط مرزی مورد استفاده برای به دست آوردن اين معادله )3(، )5( و )6( بودند:

برای بيان می كند. را پارامتری )11( چندجمله ای درجه سه معادله به دست آوردن مجهوالت از شروط )1(، )2(، )5( و )6( استفاده می شود. با

تغيير تقعر تفاوتی در معادله ايجاد نمی شود.

معادله پارامتری )12( چندجمله ای درجه چهار را بيان می كند. برای به دست آوردن مجهوالت از شروط )1(، )2(، )4( )5( و )6( استفاده می شود.

با تغيير تقعر تفاوتی در معادله ايجاد نمی شود.

رابطه های )13( معادله چندجمله ای درجه پنج را به صورت پارامتری

بيان می كند. با استفاده از شش شرط باال ضرايب به دست می آيند:

ضرايب معادالت پارامتری )7( تا )13( با استفاده از شرط های به دست آمده در جدول 2 خالصه شده اند. منحنی های خم با توجه به معادالت فوق

به صورت شكل 7 خواهند بود.

آزمایش1های1تجربی31-1به منظور صحت سنجی شبيه سازی های اجزای محدود، آزمايش های تجربی روی نمونه با منحنی خم دايره ای انجام شد و كرنش ها در نزديكی

لبه بال مورد اندازه گيری قرار گرفتند. شكل 8 نمايی از ماشين شكل دهی غلتكی انعطاف پذيری را نشان می دهد كه برای آزمون تجربی مورد استفاده قرار گرفت. اين دستگاه در آزمايشگاه شكل دهی فلزات دانشگاه تربيت مدرس در يک ايستگاه ساخته

شد ]2 و 1[.

(9)(11)

(11)

(12)

(13)

منحنی های خم: ششکل

منحنی های خمضرايب

چ.د.پنج چ.د.چهار چ.د.سه چ.د.دو دايره ای

8/87447×10-11 3/56426×10-17 -5/4604×10-6 1/27796×10-3 400 a

-5/19245×10-8 -5/4604×10-6 1/91694×10-3 0 0 b

4/26149×10-6 1/91694×10-3 0 0 400 c

1/34811×10-3 0 0 1/27796-×10-3 365 d

0 0 0 0/59819 234/04 e

0 0 0 -35 400 f

مقدار کمیت های هندسی محصول: ش دول



برای توليد كانال های با عرض متغير در طول، غلتک ها در راستای محورشان حركت خطی و حول محوری عمود بر محورشان حركت دورانی دارند و توسط يک سيستم كنترلی هدايت می شوند. قطر غلتک به كار رفته mm 110 و پهنای بال mm 35 در نظر گرفته شده است. به دليل نصب

كرنش سنج، پهنای بال در غلتک باال در يک سمت mm 25 در نظر گرفته شده است تا به اين صورت در حين شكل دهی، غلتک های باال كرنش سنج

را لهيده نكنند. mm نمونه ای كه در آزمون تجربی شكل داده شد ورقی به ضخامت1 بود كه منحنی خم در آن دايره ای بود. برش ورق اوليه از پيش بريده شده، با برش ليزر CO2 انجام شد. مشخصات هندسی اين نمونه شكل 9 نشان داده شده است. در جدول 3 مقدار كميت های هندسی درج شده

است.

خم منحنی با شكل U كانالی پروفيل توليد از نمايی 10 شكل فرايند در می دهد. نشان انتقال ناحيه شكل دهی حين در را دايره ای شكل دهی غلتكی انعطاف پذير برخالف فرايند شكل دهی غلتكی سنتی، سطح در تغيير با متناسب بلكه نيستند. ثابت موقعيت دارای غلتک ها اين .)11 ) شكل می دهند انجام دورانی و حركت خطی پروفيل، مقطع حركت خطی و دورانی بايد به صورت هماهنگ با حركت ورق انجام شود. تغييرشكل ايجاد خطا در تغيير در سرعت ورق، سبب بنابراين هر گونه پروفيل می شود. آنجايی كه دستگاه شكل دهی غلتكی انعطاف پذير طراحی و ساخته شده دارای يک ايستگاه شكل دهی است، نيروی اصطكاک بين غلتک و ورق نمی تواند يک حركت يكنواخت با سرعت ثابت برای ورق ايجاد كند. زيرا در چنين شرايطی به علت كم بودن نيرو اصطكاک، احتمال سر خوردن غلتک بر روی ورق بسيار زياد است. برای رفع اين مشكل يک سازوكار ويژه برای تغذيه ورق طراحی شد اين سازوكار دارای يک گيره است كه سر ورق در آن بسته می شود و با حركت آن ورق از فضای بين غلتک ها كشيده می شود. برای ايجاد حركت خطی در اين سازوكار از سروموتور و بال اسكرو استفاده شد. با توجه به توضيحات داده شده مشابه با آزمايش های تجربی، در شبيه سازی اجزای محدود دوران غلتک ها حول با استفاده از يک شرط مرزی، محور شان مقيد شد و برای حركت ورق سرعت ثابت 20 ميليمتر بر ثانيه تعريف شد. شكل 12 كانال توليد شده با

منحنی خم دايره ای را نشان می دهند.

3-1-1خواص1مواد1ورقهايی كه تحت بررسی قرار گرفتند از جنس فوالد St12 بودند. در شكل آزمون كشش از تنش حقيقی-كرنش خميری حاصل منحنی اين فوالد همسانگرد و 13 نشان داده شده است. فرض شده است كه گرفته نظر در 0/3 پواسون هستند. ضريب ارتجاعی-خميری تحليل ها شد و مقدار مدول يانگ 197 گيگاپاسكال بدست آمد. منحنی كارسختی

استحكام تسليمی حدود 173 مگاپاسكال دارد.

3-2-1اندازه1گیری1عیب1تابیدگی1کف1در1آزمون1تجربی1برای اندازه گيری عيب تابيدگی، مطابق شكل 14، مسيری بر روی خط مركزی ناحيه كف در ناحيه انتقال ترسيم شد. با قرار دادن سنجه هايی تنظيم گونه ای به انتقال ناحيه انتهای و ابتدا ارتفاع محصول، زير در با حركت نشان می داد. را مقدار صفر اندازه گيری شد كه عقربه ساعت ساعت اندازه گيری در امتداد مسير، مقدار انحنای طولی يا تابيدگی كف

اندازه گيری شد.

3-3-1اندازه1گیری1کرنش1طولی1لبه1در1آزمون1تجربیبا نصب كرنش سنج های مقاومت الكتريكی در وسط قسمت های مقعر و محدب ناحيه انتقال محصول با منحنی خم دايره ای، تغييرات كرنش در حين شكل دهی اندازه گيری شد. در شكل 15-الف كرنش سنج های متصل

دستگاه شکل دهی غلتکی انعطاف پذیر: 8شکل

کمیت های هندسی ورق از پیش بریده شده برای پروفیل های : 9شکل با منحنی های خم دایره ای

)mm( اندازه ها پارامترها

400 )Lf( طول قسمت ثابت جلو

250 )LS( طول قسمت باريک

250 )LW( طول قسمت عريض

60 )2Wf( عرض قسمت ثابت جلو

70 )2WS( عرض قسمت باريک

140 )2WW( عرض قسمت عريض

370 )R1( شعاع قوس قسمت مقعر

430 )R2( شعاع قوس قسمت محدب

مقدار کمیت های هندسی ورق از پیش بریده شده: 3 دول



شبیه1سازی1اجزای1محدود41-11برای شبيه سازی اجزای محدود از نرم افزار آباكوس1 6/13 استفاده شده و مسأله به صورت ضمنی حل شد تا حركت ورق و غلتک ها با دقت

بيشتری انجام شود و در نتايج هماهنگی حاصل شود ]16[. شكل 16 شمای كلی شبيه سازی را نشان می دهد. تنظيمات برای شكل دهی ورق با توجه به شرايط آزمايشگاهی بوده است. به دليل تقارن

مدل در راستای طولی، فقط نيمی از ورق مدل شد.

مدل اجزای محدودی با يک ايستگاه شكل دهی ايجاد شد كه جفت غلتک های ذوزنقه ای در ايستگاه دوم وظيفه شكل دهی ورق را داشتند و سه جفت غلتک در ايستگاه های اول، سوم و چهارم برای كنترل و هدايت 1 Abaqus

به ورق فلزی در وسط قسمت مقعر و در شكل 15 نيز كرنش سنج های متصل به ورق فلزی در وسط قسمت محدب نشان داده شده اند. فاصله

اين كرنش سنج ها از لبه ورق به اندازه mm 3 بود.

نحوه انجام آزمون تجربی: 10شکل

اصل عمود بودن: 11شکل

پروفیل های تولید شده با منحنی های خم دایره ای : ش1شکل

منحنی تنش حقیقی-کرنش خمیری: 13شکل

اندازه گیری عیب تابیدگی کف در پروفیل تولید شده : 14شکل

کرنش سنج های متصل به ورق: 15شکل

نمایی از مدل ا زای محدود در حین شکل دهی: ش1شکل



در در حين شكل دهی استوانه ای گرفته شدند. غلتک های نظر در ورق موقعيت خود ثابت هستند. ورق با سرعت ثابت كشيده می شود و نيازی به حركت دورانی غلتک ها حول محور خودشان نيست. غلتک های ايستگاه انتقال به طور هم زمان در جهت X دارای دوم در حين شكل دهی ناحيه

حركت طولی و حول محور Y دارای حركت دورانی بودند. غلتک های حركت انعطاف پذير غلتكی شكل دهی فرايند در آن، اساس بر می شود. تعريف بودن عمود اصل اساس بر شكل دهنده غلتک ها بايد در هر لحظه بر منحنی خم عمود باشند ]7[. در شكل 11 ديده می شود كه غلتک ها در موقعيت های 1، 2و 3 همواره بر منحنی خم

عمود هستند. به دليل تقارن مدل در راستای طولی، فقط نيمی از ورق و غلتک ها مدل شدند و برای برقراری شرط تقارن، در امتداد خط ميانی ورق، حركت در جهت عمود بر صفحه تقارن )جهت X( و دوران ها در صفحه تقارن )دوران حول محورهای Y و Z در شكل 16( مهار شدند. با كشيده شدن بين از ورق جلو، به سمت 20 mm/s ثابت با سرعت ورق جلويی لبه غلتک ها حركت كرده و تحت شكل دهی قرار می گرفت. اين حركت در لبه حركت گرفت. صورت كشنده دستگاه از استفاده با تجربی آزمون جلويی ورق در راستای Y و X نيز مهار شد. در نرم افزار بين غلتک های بااليی و روی ورق و همچنين بين غلتک های پايينی و پشت ورق تماس

تعريف شد.

4-1-1مدل1سازی1و1مطالعه1شبکهغلتک ها از مدل جسم صلب تحليلی و ورق از مدل پوسته شكل پذير چهار گره ای پوسته ای المان ورق، شبكه بندی به منظور شدند. انتخاب

S4R، مورداستفاده قرار گرفت.

شبيه سازی ها برای چهار اندازه مختلف برای المان ها در ورق نمونه با منحنی خم دايره ای انجام شد. كرنش در لبه بال محصول با منحنی خم دايره ای استخراج شد. نمودار توزيع كرنش به هم نزديک شد كه نشانه همگرا بودن نتايج بود. برای سرعت دادن به شبيه سازی و كمتر شدن زمان آن و با توجه به دقت مناسب در نتايج، آزمون دوم به عنوان اندازه مناسب

انتخاب شد ) شكل 17( ]17[.با مطالعه شبكه، و نواحی مختلف به شدت شكل دهی در توجه با اندازه شبكه در ناحيه انتقال mm × 3 mm 3 و mm × 0/8 mm 3، در قسمت باريک كانال mm × 3 mm 5 و mm × 0/8 mm 5، در قسمت عريض كانال mm × 3 mm 6 و mm × 0/8 mm 6 و در قسمت ثابت

جلوی ورق متغير در نظر گرفته شده است )شكل 18(.

4-2-1محاسبه1عیب1تابیدگی1کف1در1شبیه1سازی1اجزای1محدودبرای محاسبه عيب تابيدگی كف، ورق شبيه سازی شده بعد از انجام كامل شكل دهی طوری موقعيت دهی شد كه ناحيه انتقال بين ايستگاه های 3 و 4 قرار گرفت. اين كار برای هم ارتفاع كردن نقطه ابتدا و انتهای ناحيه

انتقال در كف پرفيل است كه در آزمون تجربی با قرار دادن سنجه زير ايستگاه ها در شكل دهی ورق نقشی اين انجام شد ) شكل 19(. پروفيل در سنجه ها روی پروفيل گرفتن قرار مشابه شرايطی در ورق نداشتند. با تابيدگی كف، مشابه مقدار استخراج برای قرار گرفت. آزمون تجربی و شد تعريف محصول در كف تقارن روی خط مسيری تجربی، روش منحنی جابه جايی در راستای عمود بر ورق در ناحيه انتقال برای محصول ارتفاع اختالف آمد. به دست 20 شكل مطابق دايره ای خم منحنی با

بيش ترين و كم ترين جابه جايی ) قله و دره( معرف تابيدگی كف است.

4-3-1اندازه1گیری1کرنش1لبه1بال1در1شبیه1سازی1اجزای1محدودتاريخچه كرنش در نقطه وسط قسمت های مقعر و محدب و با فاصله

mm 3 از لبه استخراج شد.

مطالعه شبکه برای کانال با منحنی خم دایره ای: ش1شکل

نمایی از شبکه بندی ورق: 18شکل

موقعیت دهی ورق برای استخراج نتایج و عیب تابیدگی کف : 19شکل در شبیه سازی



نتایج1و1بحث51-115-1-1صحت11سنجی1شبیه1سازی1اجزای1محدود

به منظور ارزيابی صحت مدل اجزای محدود، نتايج اجزای محدود و آزمون های تجربی در مورد مقدار عيب تابيدگی كف و نيز تاريخچه كرنش طولی در وسط قسمت های مقعر و محدب نمونه با منحنی خم دايره ای

مقايسه شدند.

5-1-1-1مقایسه1تابیدگی1کف1تجربی1و1اجزای1محدودمقادير تابيدگی كف پروفيل به دست آمده از شبيه سازی اجزای محدود و آزمون های تجربی برای محصول های با منحنی خم دايره ای به دست آمد. در آزمون تجربی مقدار تابيدگی 2/09 ميلی متر اندازه گيری شد. در شبيه سازی اجزای محدود مقدار عيب تابيدگی به اندازه 1/93 ميلی متر از نرم افزار استخراج شد. نتيجه استخراج شده در شبيه سازی اجزای محدود از 7/66 % نسبت به آزمون تجربی اختالف داشت. اين اختالف ناشی انجام محاسبات اجزای محدود، يكسان نبودن شرايط خطای عددی در

عددی و تجربی و خطای اندازه گيری تجربی است.

5-1-2-1مقایسه1کرنش1های1طولی1تجربی1و1اجزای1محدودكرنش های طولی در وسط قسمت های مقعر و محدب ناحيه انتقال پروفيل با منحنی خم دايره ای از شبيه سازی اجزای محدود استخراج و در آزمون تجربی نيز اندازه گيری شدند كه به ترتيب در شكل های 21 و22 نشان داده شده است. در ابتدا منحنی ها، كشش اندكی را نشان می دهند. اندازه گيری كرنش به ايستگاه شكل دهی، در ورق كرنش با ورود محل اثر كشيدن با توجه به مرجع ]18[ در ايجاد می شود كه كششی زيادی ورق توسط غلتک ها در اثر طول تغييرشكل، در اليه بااليی ضخامت ورق كه كرنش سنج به آن متصل است، كشش روی می دهد. پس از عبور اين محل از ايستگاه شكل دهی در قسمت مقعر تنش پسماند كششی ) شكل 21( و در قسمت محدب تنش پسماند فشاری ) شكل 22( باقی می ماند.

ترتيب قسمت های كششی و به به قسمت های مقعر و محدب بنابراين فشاری نيز گفته می شود.

5-2-1کرنش1لبه1بال1در1حالت1مطلوب1حالت مطلوب محصول، شكل ايده آلی است كه مستقل از جنس ورق و روش توليد در مرحله طراحی است. شكل 23 طراحی برای پروفيلی خم شده به اندازه 30 درجه را نشان می دهد. در اين حالت لبه نسبت به صفحه x-z دارای ارتفاع يكسانی در جهت Y است. بنابراين برای تجسم بهتر لبه

بال مطابق شكل 24 در صفحه x-z تصوير شده است. كرنش لبه بال در از رابطه های )14( و )15( حالت مطلوب در قسمت های مقعر و محدب به دست می آيد. در اين رابطه ها LSd ،LS0 و εSd به ترتيب طول اوليه لبه بال، طول لبه بال در حالت مطلوب و كرنش در حالت مطلوب در قسمت مقعر و رابطه ها LCd ،LC0 و εCd به ترتيب طول اوليه لبه بال، طول لبه بال در حالت مطلوب و كرنش در حالت مطلوب در قسمت محدب هستند.

منحنی ابه ایی کف در ناحیه انتقال برای محصول با : 0ششکل منحنی خم دایره ای

(14)

(15)

تاریخچه کرنش در وسط قسمت مقعر محصول با منحنی خم دایره ای: 1ششکل

تاریخچه کرنش در وسط قسمت محدب محصول با منحنی خم دایره ای: شششکل



5-3-1کرنش1لبه1بال1بعد1از1شبیه1سازی1اجزای1محدود1به منظور يافتن كرنش متوسط در شبيه سازی اجزای محدود، مسيری از اين مسير استخراج مختصات گره های با و تعريف شد بال لبه روی نرم افزار، طول لبه در قسمت های مقعر و محدب در ناحيه انتقال به دست از رابطه )16( و )17( به دست لبه بال در حالت شبيه سازی آمد. كرنش می آيد. در اين رابطه ها LS ،LS0 و εS به ترتيب طول اوليه لبه بال، طول لبه بال و كرنش متوسط ايجاد شده بعد از شبيه سازی اجزای محدود در قسمت مقعر و LC ،LC0 و εC به ترتيب طول اوليه لبه بال، طول لبه بال و كرنش متوسط ايجاد شده بعد از شبيه سازی اجزای محدود در قسمت تعريف با نيز بال لبه راستای طول در محدب هستند. همچنين كرنش

مسير لبه بال، از نرم افزار استخراج شد.

شبیه1سازی1 بعد1 ورق1 لبه1 طول1 و1 ورق1 لبه1 مطلوب1 طول1 مقایسه1 1-4-5اجزای1محدود11

اختالف طول لبه بال در حالت مطلوب و شبيه سازی اجزای محدود به دست )19( و )18( رابطه از به ترتيب محدب و مقعر قسمت های در می آيند. درصد اختالف طول مانند كرنش بی بعد و به عنوان معياری برای

مقايسه استفاده شده است. از بعد لبه طول ورق، لبه مطلوب طول 5 و 4 جدول های در و محدب مقعر قسمت های برای به ترتيب اختالف درصد و شبيه سازی در پروفيل با منحنی های خم دايره ای و چندجمله های درجه های دو، سه، چهار و پنج ارائه شده اند. همانطور كه مشاهده می شود هم در قسمت مقعر و هم در قسمت محدب در پروفيل با منحنی های خم دايره ای بيشترين

درصد اختالف وجود دارد. بعد از آن درصد اختالف در پروفيل با منحنی های خم چندجمله ای درجه دو، پنج، سه و چهار در جای بعدی قرار دارند. اين اختالف بيانگر اختالف بين كرنش های مطلوب و كرنش های ايجاد شده بعد شكل دهی

است.

E%: درصد اختالف بين طول شبيه سازی و مطلوب

5-5-1علت1ایجاد1عیب1تابیدگی شكل 25 كرنش متوسط لبه بال در حالت مطلوب و كرنش به دست را دايره ای منحنی خم با پروفيل در اجزای محدود شبيه سازی از آمده پروفيل كف ناحيه جابه جايی منحنی نيز 20 در شكل می دهد. نشان

ورق از پیش بریده شده و محصول نهایی در حالت طراحی: 3ششکل

تصویر لبه بال در صفحه x-z: 4ششکل

(1()

(1()

(18)

(19)



و 20 و 25 شكل های به توجه با بود. شده داده نشان Y راستای در جدول های 4 و 5 می توان نتيجه گرفت كه اگر كرنش در لبه بال به اندازه مطلوب ايجاد نشود عيب تابيدگی رخ می دهد. به عبارتی، به دليل مقاومت ناحيه بال در برابر تغيير شكل، طول لبه به اندازه مطلوب نمی رسد و مقدار انرژی در مقطع ذخيره می شود. بنابراين ناحيه كف كه مقاومت كمتری در برابر خمش دارد، از طريق آزاد كردن انرژی، دچار تغيير شكل نامطلوب در كف می شود. به عبارتی ديگر، عدم شكل دهی كامل ناحيه بال به تابيدگی

كف می انجامد.

5-6-1مقایسه1عیب1تابیدگی1ناحیه1کف1در1پروفیل1ها1با1منحنی1های1خم1مختلف

خم منحنی های با پروفيل ها برای محصول كف تابيدگی مقادير مختلف به صورت نمودار ميله ای شكل 26 نشان داده شده اند. همانطور كه كه مشاهده می شود در بين پروفيل های بررسی شده، پروفيل با منحنی با پروفيل و پروفيل كف تابيدگی مقدار بيشترين دارای دايره ای خم تابيدگی كف مقدار كمترين دارای درجه چهار منحنی خم چندجمله ای بوده است. با بررسی جدول های 4 و 5 و شكل 26 مشاهده می شود كه بين كرنش های ايجاد شده در لبه بال پروفيل و عيب تابيدگی ارتباط معناداری وجود دارد. از طرفی با توجه به مرجع ]4[ مقاومت در برابر كشش و فشار در لبه بال نسبت به كف پروفيل بيشتر است بنابراين تغيير شكل در لبه بال ناكافی صورت می گيرد و انرژی آزاد نشده در بال پروفيل در كف آن

آزاد می شود و كف دچار تغييرشكل يا اعجاج يا عيب تابيدگی می شود.جدول های 4 و 5 و شكل 26 نشان دادند كه هر چه اختالف طول عيب باشد، بيش تر از شكل دهی پس بال لبه طول با بال لبه مطلوب بين اختالف اثر در بين كرنش ها اختالف می يابد. افزايش نيز تابيدگی مطلوب طول و شكل دهی از پس بال لبه طول و بال اوليه لبه طول لبه بال برای منحنی های مختلف خم صورت می گيرد. به عبارتی ديگر ماده آن تبع به و بزرگتر خم طول كه پروفيل هايی بال در شكل دهی

بيشتری دارند به دليل مقاومت ماده مشكل تر انجام می شود.همچنين می توان گفت كه هر چه تغيير شكل سخت تر انجام شود و انرژی تغيير شكل در بال آزاد نشود، كف پروفيل تغيير شكل را می پذيرد. اعوجاج دچار كف و شده آزاد كف در بيشتری انرژی صورت اين در

بيشتری می شود و در نتيجه مقدار عيب تابيدگی نيز افزايش می يابد.

نتیجه1گیری-61در اين مقاله، اثر تغيير منحنی خم در ناحيه انتقال بر عيب تابيدگی غلتكی شكل دهی فرايند در متغير عرض با شكل U محصول كف

انعطاف پذير به دو صورت عددی و تجربی بررسی شده است.با نمونه در محدود، اجزای شبيه سازی های صحت سنجی برای منحنی خم دايره ای، به صورت هدفمند مقدار عيب تابيگی و كرنش ايجاد شده در لبه بال تحت مقايسه قرار گرفتند. مقايسه نشان داد كه مقدارهای

قابل قبولی خطای با محدود اجزای شبيه سازی های از شده استخراج قابل اعتماد هستند.

پنج نوع منحنی خم سازگار با شرط های مرزی هندسی در ناحيه انتقال مورد بررسی قرار گرفتند كه اثر اين منحنی ها بر عيب تابيدگی كف

%E)mm( طول

منحنی های خمشبيه سازی مطلوب

0/52 110/46 111/04 دايره ای

0/49 110/64 111/18 چ.د.دو

0/29 112/51 112/84 چ.د.سه

0/28 112/53 112/84 چ.د.چهار

0/32 112/14 112/5 چ.د.پنج

مقایسه طول های مطلوب و شکل داده شده در ناحیه مقعر: 4 دول

%E)mm( طول

منحنی های خمشبيه سازی مطلوب

0/88 127/59 126/48 دايره ای

0/86 127/39 126/3 چ.د.دو

0/72 125/21 124/31 چ.د.سه

0/7 125/18 124/31 چ.د.چهار

0/78 125/76 124/79 چ.د.پنج

مقایسه طول های مطلوب و شکل داده شده در ناحیه محدب: 5 دول

مقایسه کرنش مطلوب و شبیه سازی برای پروفیل با منحنی : 5ششکل خم دایره ای



به صورت خالصه عبارتند از:نشان دهنده . 1 خود مطلوب اندازه با بال لبه طول اندازه اختالف

آن است كه كرنش ها برای كشش و فشار در ناحيه انتقال، برای انرژی و نمی شوند ايجاد مناسب صورت به صحيح، شكل دهی تغيير شكل آزاد نشده در بال پروفيل در كف آن آزاد شده و باعث

اعواج يا تابيدگی در كف پروفيل می شود. طراحی شده . 2 مطلوب حد به بعد شكل دهی بال لبه طول چه هر

نزديكتر باشد عيب تابيدگی تا حد امكان كاهش می يابد.در پروفيل با منحنی خم با معادله دايره ای )بيشترين انحنا در بين . 3

منحنی های نامبرده( عيب تابيدگی كف نيز بيشترين است.در پروفيل با منحنی خم چندجمله ای درجه سه و چهار )كمترين . 4

تا پروفيل كف تابيدگی عيب نامبرده( منحنی های بين در انحنا %15 نسبت به پروفيل با منحنی خم دايره ای در اين آزمايش ها

كاهش می يابد.

مراجع-71[1] Abbaszadeh, B., 2013, “Roll profiles design for

channel section with changing cross section in flexible roll forming”, MSc thesis, Tarbiat Modares University, Tehran, (in Persian).

[2] Mohammadi, M., 2013, “Numerical and investigation of web warping of channel profile with changing cross section in Flexible Roll Forming Process”, MSc thesis, Tarbiat Modares University, Tehran, (in Persian).

[3] Joo, B.D., Kim, S.Y., Kim, D.K. Sohn, S.M., Moon, Y.H., 2012. “Roll forming characteristics of a nonsymmetrical part made from high strength steel”, Proc. 14th Int. Conf. Metal Forming.

[4] Groche, P., Zettler, A., Berner, S., 2011. “Development of a one-step-model for the design of flexible roll formed parts”, International Journal of Material

مقایسه عیب تابیدگی: شششکل

Forming, 371-377.

[5] Ona, H., Shou, I., Hoshi, K., 2012. “On strain distributions in the formation of flexible channel section development of flexible cold roll forming machine”, Advance Materials Research, 137-140.

[6] Henninger, F., Friedrich, K., 2004. “Production of textile reinforced thermoplastic profiles by roll forming”, Composites: applied science and manufacturing, 573–583.

[7] Groche, P., Von Breitenbach, G., Jockel, M., Zettler, A., 2003. “New tooling concepts for future roll forming application”, In: Proc. ICIT.

[8] Larranaga, J., Berner, S., Galdos, L., Groche, P., 2010. “Geometrical accuracy improvement in flexible roll forming lines”, in AIP Conference Proceedings.

[9] Ona, H., 2005. “Study on development of intelligent roll forming machine”, in Proceedings of the 8th international conference on technology of plasticity ICTP.

[10] Berner, S., Storbeck, M., Groche, P., 2011. “A study on flexible roll formed products accuracy by means of FEA and experimental tests”, in AIP Conference Proceedings.

[11] Henning, R., Sedlmaier, A., Abee, A., 2011. “Finite element analysis of 3D-profiles with Changing Cross Sections”, in International Conference on Technology of Plasticity (ICTP), Germany.

[12] Kasaei, MM., Moslemi Naeini, H., Abbaszadeh, B., Mohammadi, M., Ghodsi, M., Kiuchi, M., Zolghadr, R., Liaghat, Gh., Azizi Tafti, R., Salmani Tehrani, M., 2014. “Flange wrinkling in flexible roll forming process”, Procedia Engineering, 245-250.

[13] Park, J.Ch., Yang, D.Y., Cha, M.H., Kim, D.G., Namb, J.B., 2014. “Investigation of a new incremental counter forming in flexible roll forming to manufacture accurate profiles with variable cross-sections”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, 68-80.

[14] Jiao, J., Rolfe, B., Mendiguren, J., Weiss, M., 2015. “An analytical approach to predict web-warping and longitudinal strain in flexible roll formed sections of variable width”, International Journal of Mechanical Sciences, 228-238.

[15] Joo, B.D., Han, S.W., Shin, S. G. R., Moon, Y. H., 2015. “Flexible roll forming process design for variable cross-section profile”, International Journal of Automotive Technology, 83-88.

[16] Daniel, W.J.T., Meehan, P.A., 2007. “Implicit



finite element study of non-steady effects in cold roll forming”, 5th Ausralasian Congress on Applied Mechanics, ACAM, Australia.

[17] Ozturk, F., 2002. “Analysis of forming limits using ductile fracture criteria”, PhD Thesis, Rensselaer Polytechnic Institute, NewYork

[18] Kasaei, MM., Moslemi Naeini, H., Liaghat, GH., Silva, CMA., Silva, MB., Martins, PAF., 2015. “Revisiting the wrinkling limits in flexible roll forming”, The Journal of Strain Analysis for Engineering Design.

اصل مقاله (3243 k)

Documents